[发明专利]一种碱硫复合处理钴铬镍水滑石超级电容电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种碱硫复合处理钴铬镍水滑石超级电容电极材料的方法，包括以下步骤：首先通过水热法制备钴铬镍水滑石前驱体，然后将钴铬镍水滑石粉末加入NaOH溶液和Na₂S溶液按一定比例混合形成均匀的碱硫复合溶液中，在常温常压下搅拌，实现对钴铬镍水滑石的刻蚀与硫化。在碱、硫复合处理过程中，由于刻蚀作用使Cr³⁺被NaOH溶解形成晶格缺陷，促进离子扩散速率，而硫化作用使钴铬镍水滑石生成无定型硫化物。本发明制备方法简单，成本低廉，制备的超级电容器材料的电化学性能优良，在电势0‑0.7V内，1A/g的电流密度下，与未处理的钴铬镍水滑石相比，碱硫复合处理后最佳比电容从955.1F/g增加到1501.3F/g。在电流密度为20A/g时，倍率性能由48.81％增加到64.63％。

技术领域

本发明属于电容电极的技术领域，尤其涉及一种碱硫复合处理钴铬镍水滑石超级电容电极材料的方法。

背景技术

在可在生能源需求日益增长的时代，探索新的存储和转换技术成为解决可再生能源高效利用的重要途径。在众多存储和转换技术中，电化学能量存储由于其高效率和灵活性被认为是各种可再生能量存储技术中最有前途的一种。其中超级电容因其极强的储存电荷能力以及较高的循环稳定性而被广泛研究。

过渡金属水滑石类材料因具有理论比电容高、结构成分可调控以及环保等优点而成为极具潜力的赝电容电极材料。但是水滑石类电极材料存在导电性差，容易团聚的缺点，导致离子运输通道减少，因此优化水滑石材料的结构以提高其电化学电导率对提高水滑石材料的电化学性能至关重要。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种碱硫复合处理钴铬镍水滑石超级电容电极材料的方法，制备工艺简单，制备周期短，价格低廉，通过简单工艺方法提钴铬镍高水滑石的电容性能；进行碱、硫复合处理后制备的材料具有高比容量、高倍率性能、高稳定性的优点。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种碱硫复合处理钴铬镍水滑石超级电容电极材料的方法，包括以下步骤：

S1、配置反应溶液：将38mmol/L的钴金属盐溶液，19mmol/L的铬金属盐溶液和13mmol/L的镍金属盐溶液与50mmol/L的沉淀剂配制成80ml的混合溶液，用磁力搅拌器搅拌至均匀；

S2、水热反应：将配置好的溶液放入反应釜中密封，加热到160℃，保温4小时；

S3、后处理：采用水和乙醇清洗过滤反应釜中产物后得到滤饼，把滤饼放入干燥箱中60℃烘干，然后研磨滤饼获得钴铬镍水滑石粉末；

S4、配置碱、硫复合溶液：将1-4mol/L的NaOH溶液和2mol/L Na₂S溶液按2:1比例混合，用磁力搅拌器搅拌至均匀；

S5、取0.6g的钴铬镍水滑石粉末，加入碱、硫复合溶液中，常温常压下搅拌24h，获得碱、硫复合处理的钴铬镍水滑石粉末。

在本发明中，先进行水滑石合成，再进行对水滑石进行化学处理制造晶体缺陷，是提高水滑石电容性能的一种有效手段。Cr(OH)₃为两性物质，可在强碱溶液中溶解。Cr(OH)₃与OH^-反应生成可溶物Cr(OH)₄^-的化学反应方程式为：

Cr(OH)₃+OH^-＝Cr(OH)₄^-

本发明能解决现有含Cr水滑石在超级电容器应用方面存在的导电性差，倍率性能低的缺点。本发明先合成钴铬镍水滑石，再利用强碱处理，溶解掉一部分Cr使水滑石材料产生缺陷，提高离子扩散速率，提高电化学性能。